污水处理中如何用好ORP指标？

近年来，随着污水处理技术的不断发展，氧化还原电位作为一项重要的水质综合指标，也受到了小编的强烈关注。氧化还原电位，即ORP（Oxidation-reduction potential），用来反映水质系统中所有物质的宏观氧化还原性质。 ORP值越大，水体的氧化性越强，值越小，水体的还原性越强。ORP可用于控制液体环境中物种的存在，判断氧化还原反应的程度。例如，传统的氧化还原水处理技术存在控制条件不准确、浪费化学品、对环境不友好等缺点。但是，借助于ORP测量仪器，利用ORP电信号作为检测和控制手段，可以大大提高氧化还原水处理技术。精确控制电平，从而提高处理效果。
1、ORP的检测原理
ORP是衡量水溶液中氧化还原能力的指标，单位为mV。在水质检测中，氧化还原电位主要用氧化还原电位计来测量。其检测原理与pH相似。许多pH值在线检测仪器都有双通道检测方式，包括ORP检测通道。
ORP测量仪主要由ORP测量电极、参比电极和电位器组成。ORP测量电极是一种能在其敏感层表面吸收或释放电子的电极。敏感层是一种惰性金属，通常由铂金和黄金制成。因为它们很难与其他物质发生反应，所以结果的可信度更高。参比电极是与pH电极相同的银/氯化银电极。ORP的检测实际上是电位差的测量。检测时将铂电极和参比电极插入水溶液中，金属表面会发生电子转移反应，电极与溶液之间会产生电位差。当电极反应达到平衡时，相对于参比电极的电位差即为氧化还原电位。
一般规定标准氢电极电势为0。氧化还原反应中产生的ORP可由能斯特方程计算在哪里：
E——氧化还原对在一定浓度下的电极电位，V；
E0——氧化还原对的标准电极电位，V；
R——摩尔气体常数，8.314J/(K·mol)；
T——热力学温度，K；
n——氧化还原反应中的电子转移数；
F——法拉第常数，96,485C/mol；
[Ox]或[Red]——氧化剂或还原剂浓度mol/L。
可见ORP的大小是多种因素共同作用的结果。当溶液中存在多个氧化还原对时，它们相互作用形成复杂的氧化还原环境。ORP测量仪是一种氧化还原电位分析仪（ORP分析仪），具有携带方便、测量快速准确等优点。
2、ORP在水处理中的应用效果
氧化还原电位法在工业废水处理中的应用已有多年，特别是在一些金属精加工中产生的废水的处理中，但近年来也在市政污水处理厂中逐渐得到了广泛的应用。
污水系统中有很多可变离子和溶解氧，即多个氧化还原对。通过ORP在线监测仪，可以在极短的时间内检测出污水中的氧化还原电位，无需通过实验室取样测量，从时间上可以大大缩短检测过程，提高工作效率。
污水处理系统中重要的氧化还原反应包括含碳、氮、磷有机污染物的生物降解、有机物的水解酸化、硝化反硝化反应、生物厌氧释磷、好氧吸磷等。这些反应实际上是碳（C）、磷（P）、硫（S）、氮（N）和氧化态（含氧）的组分如硝酸盐、硫酸盐和还原态（含氢）的组分如氨（ NH3)和硫化物(S2)相互转化过程。环境的pH值也会影响氧化还原电位。pH值低时，氧化还原电位低；当pH值高时，氧化还原电位高。此外，水中溶解氧的含量在一定条件下会直接影响氧化速度。还原电位，当溶解氧增加时，氧化还原电位也会增加；当溶解氧减少时，氧化还原电位会降低。
3、适用于不同生化反应过程的ORP范围
在污水处理的各个阶段，微生物所需要的氧化还原电位是不同的。一般好氧微生物在+100mV以上即可生长，最佳为+300～+400mV；兼性厌氧微生物在+100mV以上进行有氧呼吸，在+100mV以下进行厌氧呼吸；专性厌氧菌需要-200～-250mV，其中专性厌氧产甲烷菌需要-300～-400mV，最适为-330mV。好氧活性污泥系统中正常的氧化还原环境在+200到+600mV之间。下面列出了污水生化处理中常见反应过程的ORP值的适宜范围。
根据表中所列生物反应所需的ORP值，通过对污水的ORP进行监测和管理，管理者可以人为地控制生物反应的发生。
例如，通过改变工艺运行的环境条件、提高曝气率提高溶解氧浓度、添加氧化性物质等措施提高氧化还原电位、降低曝气率降低溶解氧浓度、添加碳源等还原物质降低氧化还原电位以促进或阻止反应。因此，管理者可以在好氧生物处理、缺氧生物处理和厌氧生物处理中将ORP作为控制参数，以达到更好的处理效果。对于污水处理厂的好氧生物处理，ORP与COD、BOD生物降解、ORP和硝化作用有很好的相关性。对于缺氧生物处理，在缺氧生物处理过程中，与反硝化状态下硝态氮的浓度存在一定的相关性，可作为判断反硝化过程是否结束的标准。
4、利用ORP提高除磷效率
生物除磷包括两个步骤：一是在厌氧环境中释磷阶段，发酵菌在ORP为-100~-225mV的条件下产生脂肪酸，脂肪酸通过聚磷菌吸附， 和将磷释放到水体中。二是在好氧池中，聚磷菌开始降解前一阶段吸收的脂肪酸，同时将ATP转化为ADP获取能量。这种能量的储存需要吸收水中多余的磷，吸附磷的反应需要好氧池中的ORP生物除磷的储存只能发生在+25~+250mV之间。因此，管理者可以利用ORP来控制除磷工艺段的处理效果，提高除磷效果。当管理人员不希望在硝化过程中发生反硝化或亚硝酸盐积累时，必须保持高于+50mV的ORP值。同样，为防止下水道系统产生恶臭，管理员必须保持管道中的ORP值超过-50mV，以防止硫化物的形成和反应。此外，管理者还可以利用ORP与水中溶解氧的显着相关性，通过ORP调节工艺的曝气时间和曝气强度，在满足生物反应条件的同时达到节能降耗的目的。